Question

15．利用光電計時器測量重力加速度．提供的實驗器材有：鐵架臺、帶有刻度尺的鋼管、鋼球（線度很�。�、鋼球吸附器、兩個光電門、接鋼球用的小網，如圖所示．
（1）寫出實驗原理；
（2）根據提供的實驗器材，畫出實驗裝置圖；
（3）寫出實驗步驟，并寫明需要測量的物理量及計算g的公式．

Answer 1

分析 根據運動學位移與時間公式，結合平均速度的公式$\overline{v}$=$\frac{s}{t}$，及圖象的斜率含義，即可求出當?shù)氐闹亓�加速度�?/p>

解答 解：（1）實驗原理：
小球做初速度為零的勻加速直線運動，
由h=$\frac{1}{2}$gt²得：$\overline{v}$=$\frac{h}{t}$=$\frac{1}{2}$gt，
作$\overline{v}$-t圖象，根據圖線斜率k可求的重力加速度g=2k
（2）實驗步驟：A．如圖所示安裝實驗器材；
B．釋放小球，記錄小球從第一光電門下落到第二光電門之間的高度h和所用時間t，并填入設計好的表格中．
C．改變第二個光電門的位置，多次重復實驗步驟B．
D．根據實驗數(shù)據作出$\overline{v}$-t圖象，并由此圖象求得重力加速度．根據圖線斜率k可求的重力加速度g=2k．
（3）方法一：固定上下光電門，測鋼球通過兩光電門時間，求出$\overline{v}$，
由$\overline{v}={v}_{0}+\frac{g{t}_{i}}{2}=\sqrt{2g{h}_{1}}+\frac{g{h}_{2}}{2\overline{v}}$求得：g=2${\overline{v}}^{2}$（$\sqrt{{h}_{1}+{h}_{2}}-\sqrt{{h}_{1}}$）²$\frac{1}{{h}_{2}^{2}}$．
其中h₁為鋼球到上面光電門的距離．
方法二：固定上面的光電門，每移動一次下面的光電門，測鋼球通過兩光電門時間t_i，
由$\overline{v}=\frac{{h}_{2}}{{t}_{i}}={v}_{0}+\frac{g{t}_{i}}{2}$，作出$\overline{v}$-t圖，
由斜率求出g，其中h₂為兩光電門之間的距離．
答：（1）實驗原理為自由落體規(guī)律．
（2）見右圖．
（3）如上所述．

點評 利用光電計時器測量重力加速度這個實驗屬于教材的欄目“做一做”中，由此可知，對于教材上的這類拓展性實驗，準備參加自主招生的學生，有做一做的必要．另外，此題屬于開放性探究題，在平時的實驗教學中，實驗原理、實驗步驟大多都是教師講授給學生的，而此題中實驗原理、實驗步驟是需要考生自己思考的．由此，對于想要參加自主招生的考生，有必要增強實驗探究的自主性．